CN106995653B - 一种添加石墨烯的防腐耐磨涂层制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种添加石墨烯的防腐耐磨涂层制备方法，包括以下步骤：a)将45‑55重量份水性聚氨酯乳液、25‑35重量份水性丙烯酸树脂、15‑25重量份水以转速为400‑600转/分搅拌5‑15分钟混合均匀，得到乳液；b)将1‑5重量份增稠剂、3‑9重量份分散剂、2‑6重量份乙醇、1.5‑2.5重量份三硬脂酸甘油酯、1‑3重量份二硫化钼、1‑3重量份纳米碳化硅、1‑3重量份石墨烯、0.2‑0.7重量份抗腐蚀剂加入步骤a制备的乳液中以转速为400‑600转/分搅拌10‑30分钟混合均匀，即得。本发明节能高效，在提高耐磨和剪切强度性能的同时，还增强其耐腐蚀性能；具有优异的物理机械性能、耐温性、耐候性、耐化学介质性及突出的耐磨性，施工方便，效率高。

Description

一种添加石墨烯的防腐耐磨涂层制备方法
技术领域
本发明属于涂料技术材料，尤其涉及一种添加石墨烯的防腐耐磨涂层制备方法。
背景技术
据统计，全世界每年因腐蚀生锈的金属约为年产量的20％以上，由此带来的经济损失约10000亿美元。我国每年因腐蚀造成的经济损失约占国民生产总值4％，超过了火灾、风灾和地震造成的损失的总和，至少达二百亿元。金属腐蚀导致的损失如此严重，特别是钢铁的防腐蚀日益引起人们的关注，而涂敷防腐涂料是防止钢铁腐蚀的主要保护方法之一。目前，世界各国己竟相开发了多种性能良好的腐蚀涂料品种，被广泛应用于各种腐蚀环境中，产生了明显的经济效益。
金属腐蚀造成的损失是巨大的，而无论现在乃至将来，金属材料以其优良的机械性能和工艺性能仍将在材料领域占有重要地位，因此研究金属的腐蚀防护方法以控制金属的腐蚀，从而减少腐蚀造成的损失，对国民经济发展具有重要意义。在各种防腐技术中，涂料防腐蚀技术应用最广泛，因为它具有许多独特的优越性。首先它施工简便，适应性广，不受设备面积、形状的约束，重涂和修复方面费用低其次是涂料防腐可与其它防腐蚀措施联合使用。
我国的防腐蚀涂料研究开发发展很快，在传统的常用的防腐蚀涂料的基础上开发出了许多性能优异的新型防腐蚀涂料，并应用于实际工程中，实践证明，这些新型防腐蚀涂料性能优异，有些品种的性能指标已赶上或超过国外的同种涂料。
专利申请号：201611054775.2公开了一种管材的防腐耐磨涂层，其组成成分按重量份数计为：有机硅树脂80-120份、聚氨酯20-30份、炭黑35-55份、分散剂45-52份、双氰胺5-25份、分散剂6-18份、稳定剂10-15份、三氧化二铝0-8份、二氧化铜5-12份、三硬脂酸甘油酯8-15份、无水乙醇43-60份，使用该涂层能够使管材在使用过程中不易划伤，增强了其使用寿命。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种添加石墨烯的防腐耐磨涂层制备方法。
技术方案：
一种添加石墨烯的防腐耐磨涂层制备方法，包括以下步骤：
a)将45-55重量份水性聚氨酯乳液、25-35重量份水性丙烯酸树脂、15-25重量份水以转速为400-600转/分搅拌5-15分钟混合均匀，得到乳液；
b)将1-5重量份增稠剂、3-9重量份分散剂、2-6重量份乙醇、1.5-2.5重量份三硬脂酸甘油酯、1-3重量份二硫化钼、1-3重量份纳米碳化硅、1-3重量份石墨烯、0.2-0.7重量份抗腐蚀剂加入步骤a制备的乳液中以转速为400-600转/分搅拌10-30分钟混合均匀，即得。
在本发明一个优选地实施方式中，一种添加石墨烯的防腐耐磨涂层制备方法，包括以下步骤：
a)将45-55重量份水性聚氨酯乳液、25-35重量份水性丙烯酸树脂、15-25重量份水以转速为400-600转/分搅拌5-15分钟混合均匀，得到乳液；
b)将1-3重量份海泡石纤维、1-5重量份增稠剂、3-9重量份分散剂、2-6重量份乙醇、1.5-2.5重量份三硬脂酸甘油酯、1-3重量份二硫化钼、1-3重量份纳米碳化硅、1-3重量份石墨烯、0.2-0.7重量份抗腐蚀剂加入步骤a制备的乳液中以转速为400-600转/分搅拌10-30分钟混合均匀，即得。
在本发明另一个优选地实施方式中，一种添加石墨烯的防腐耐磨涂层制备方法，包括以下步骤：
a)将聚乙烯亚胺、纳米碳化硅、水按重量比为(5-15)：(1-3)：(150-250)混合，以转速为300-500转/分搅拌1-3小时，超声，离心，干燥，得到改性纳米碳化硅；
b)将45-55重量份水性聚氨酯乳液、25-35重量份水性丙烯酸树脂、15-25重量份水以转速为400-600转/分搅拌5-15分钟混合均匀，得到乳液；
c)将1-3重量份海泡石纤维、1-5重量份增稠剂、3-9重量份分散剂、2-6重量份乙醇、1.5-2.5重量份三硬脂酸甘油酯、1-3重量份二硫化钼、1-3重量份改性纳米碳化硅、1-3重量份石墨烯、0.2-0.7重量份抗腐蚀剂加入步骤b制备的乳液中以转速为400-600转/分搅拌10-30分钟混合均匀，即得。
所述超声的超声波功率为150-350W，超声波频率为30-50kHz，超声时间为25-35分钟。
所述离心的转速为4000-6000转/分，离心时间为15-25分钟。
所述干燥为在温度为在75-85℃下真空干燥5-15小时。
所述增稠剂为膨润土。
作为抗腐蚀剂的例子为钛酸铝和/或三聚磷酸铝。优选地，所述抗腐蚀剂为三聚磷酸铝。进一步优选地，所述抗腐蚀剂由钛酸铝、三聚磷酸铝按质量比为1：(2-4)组成。
作为分散剂的例子为聚磷酸铵或聚丙烯酸钠。优选地，所述分散剂为聚磷酸铵。
技术效果：
本发明节能高效，在提高耐磨和剪切强度性能的同时，还增强其耐腐蚀性能；具有优异的物理机械性能、耐温性、耐候性、耐化学介质性及突出的耐磨性，施工方便，效率高。
具体实施方式
耐磨性测定：底材为马口铁板，其材质符合GB/T2520-88规定，表面处理符合GB/T9271-88，按GB/T1727-92《漆膜一般制备法》制备漆膜。并按照国标GB/T1768-1979《漆膜耐磨性测定法》进行耐磨性测试。
耐盐雾性测定：按照国标GB/T 1771-91《色漆和清漆耐中性盐雾性能的测定》进行测试。在普通低碳薄钢板上(钢板规格70×150×1.0mm)涂漆，制备样板3块，作平行实验，待涂层实干后测定。喷雾室内的温度应为35±2℃，NaCl质量分数溶液浓度为3.5％。样板进行目测检查，但不允许破坏试板表面。从盐雾箱中取出试板，用清洁的水冲洗样板以除去表面上残留的实验溶液，立即检查样板表面变化情况，如失光、变色、起泡、斑点、脱落等现象。测试在盐雾试验中开始出现起泡、起皱、脱落或生锈等现象的时间。
剪切强度测试：参照GB/T7124-2008要求用碳钢板制作剪切样件，在23℃±2℃条件下固化7天后测试强度。
实施例中海泡石纤维，采用河北科旭建材有限公司提供的一级海泡石纤维。
实施例中水性聚氨酯乳液，采用上海朗予新材料科技有限公司提供的型号为813的水性聚氨酯乳液。
实施例中水性丙烯酸树脂，采用广东顺德大地缘新材料有限公司的牌号为DRDS060的水溶性丙烯酸树脂。
实施例中膨润土，采用信阳市平桥区宏程膨润土厂提供的200目涂料级膨润土。
实施例中聚磷酸铵，采用济南英出化工科技有限公司提供的200目水溶性聚磷酸铵。
实施例中聚丙烯酸钠，采用河南希禾化工有限公司提供的食品级聚丙烯酸钠。
实施例中二硫化钼，采用天津市欧博凯化工有限公司提供的二硫化钼。
实施例中纳米碳化硅，采用巩义市优星矿产品有限公司提供的粒径为500纳米的纳米碳化硅。
实施例中石墨烯，采用苏州碳丰石墨烯科技有限公司提供的石墨烯，厚度：0.6-1.0nm，片层大小：0.5-5μm。
实施例中钛酸铝，采用北京德科岛金科技有限公司提供的粒径为2μm钛酸铝。
实施例中三聚磷酸铝，采用常州市禹恩新材料科技有限公司提供的型号为YE-808的三聚磷酸铝。
实施例中聚乙烯亚胺，采用广东滃江化学试剂有限公司提供的聚乙烯亚胺。
实施例1
一种添加石墨烯的防腐耐磨涂层制备方法，包括以下步骤：
a)将50重量份水性聚氨酯乳液、30重量份水性丙烯酸树脂、20重量份水以转速为500转/分搅拌10分钟混合均匀，得到乳液；
b)将3重量份膨润土、6重量份聚磷酸铵、4.5重量份乙醇、2重量份三硬脂酸甘油酯、1.5重量份二硫化钼、2重量份纳米碳化硅、2.5重量份石墨烯、0.4重量份三聚磷酸铝加入步骤a制备的乳液中以转速为500转/分搅拌20分钟混合均匀，即得添加石墨烯的防腐耐磨涂层。
实施例2
一种添加石墨烯的防腐耐磨涂层制备方法，包括以下步骤：
a)将50重量份水性聚氨酯乳液、30重量份水性丙烯酸树脂、20重量份水以转速为500转/分搅拌10分钟混合均匀，得到乳液；
b)将2重量份海泡石纤维、3重量份膨润土、6重量份聚磷酸铵、4.5重量份乙醇、2重量份三硬脂酸甘油酯、1.5重量份二硫化钼、2重量份纳米碳化硅、2.5重量份石墨烯、0.4重量份三聚磷酸铝加入步骤a制备的乳液中以转速为500转/分搅拌20分钟混合均匀，即得添加石墨烯的防腐耐磨涂层。
实施例3
一种添加石墨烯的防腐耐磨涂层制备方法，包括以下步骤：
a)将聚乙烯亚胺、纳米碳化硅、水按重量比为10：2：200混合，以转速为300转/分搅拌2小时；然后在超声波功率为200W，超声波频率为40kHz下超声时间为30分钟；在转速为5000转/分下离心20分钟，弃上清液，将沉淀在温度为80℃、真空度为130Pa下真空干燥12小时，得到改性纳米碳化硅；
b)将50重量份水性聚氨酯乳液、30重量份水性丙烯酸树脂、20重量份水以转速为500转/分搅拌10分钟混合均匀，得到乳液；
c)将2重量份海泡石纤维、3重量份膨润土、6重量份聚磷酸铵、4.5重量份乙醇、2重量份三硬脂酸甘油酯、1.5重量份二硫化钼、2重量份改性纳米碳化硅、2.5重量份石墨烯、0.4重量份三聚磷酸铝加入步骤a制备的乳液中以转速为500转/分搅拌20分钟混合均匀，即得添加石墨烯的防腐耐磨涂层。
实施例4
一种添加石墨烯的防腐耐磨涂层制备方法，包括以下步骤：
a)将聚乙烯亚胺、纳米碳化硅、水按重量比为10：2：200混合，以转速为300转/分搅拌2小时；然后在超声波功率为200W，超声波频率为40kHz下超声时间为30分钟；在转速为5000转/分下离心20分钟，弃上清液，将沉淀在温度为80℃、真空度为130Pa下真空干燥12小时，得到改性纳米碳化硅；
b)将50重量份水性聚氨酯乳液、30重量份水性丙烯酸树脂、20重量份水以转速为500转/分搅拌10分钟混合均匀，得到乳液；
c)将2重量份海泡石纤维、3重量份膨润土、6重量份聚丙烯酸钠、4.5重量份乙醇、2重量份三硬脂酸甘油酯、1.5重量份二硫化钼、2重量份改性纳米碳化硅、2.5重量份石墨烯、0.4重量份三聚磷酸铝加入步骤a制备的乳液中以转速为500转/分搅拌20分钟混合均匀，即得添加石墨烯的防腐耐磨涂层。
实施例5
一种添加石墨烯的防腐耐磨涂层制备方法，包括以下步骤：
a)将聚乙烯亚胺、纳米碳化硅、水按重量比为10：2：200混合，以转速为300转/分搅拌2小时；然后在超声波功率为200W，超声波频率为40kHz下超声时间为30分钟；在转速为5000转/分下离心20分钟，弃上清液，将沉淀在温度为80℃、真空度为130Pa下真空干燥12小时，得到改性纳米碳化硅；
b)将50重量份水性聚氨酯乳液、30重量份水性丙烯酸树脂、20重量份水以转速为500转/分搅拌10分钟混合均匀，得到乳液；
c)将2重量份海泡石纤维、3重量份膨润土、6重量份聚丙烯酸钠、4.5重量份乙醇、2重量份三硬脂酸甘油酯、1.5重量份二硫化钼、2重量份改性纳米碳化硅、2.5重量份石墨烯、0.4重量份钛酸铝加入步骤a制备的乳液中以转速为500转/分搅拌20分钟混合均匀，即得添加石墨烯的防腐耐磨涂层。
实施例6
一种添加石墨烯的防腐耐磨涂层制备方法，包括以下步骤：
a)将聚乙烯亚胺、纳米碳化硅、水按重量比为10：2：200混合，以转速为300转/分搅拌2小时；然后在超声波功率为200W，超声波频率为40kHz下超声时间为30分钟；在转速为5000转/分下离心20分钟，弃上清液，将沉淀在温度为80℃、真空度为130Pa下真空干燥12小时，得到改性纳米碳化硅；
b)将50重量份水性聚氨酯乳液、30重量份水性丙烯酸树脂、20重量份水以转速为500转/分搅拌10分钟混合均匀，得到乳液；
c)将2重量份海泡石纤维、3重量份膨润土、6重量份聚丙烯酸钠、4.5重量份乙醇、2重量份三硬脂酸甘油酯、1.5重量份二硫化钼、2重量份改性纳米碳化硅、2.5重量份石墨烯、0.1重量份钛酸铝、0.3重量份三聚磷酸铝加入步骤a制备的乳液中以转速为500转/分搅拌20分钟混合均匀，即得添加石墨烯的防腐耐磨涂层。添加石墨烯的防腐耐磨涂层性能测试结果：耐盐雾性为1318小时，耐磨性能(750g、500r)为8.4mg/cm2，剪切强度为30.9MPa。
测试例1
对实施例1-5制备的添加石墨烯的防腐耐磨涂层进行性能测试。具体结果见表1。
表1：测试结果表
本发明实施例2通过添加海泡石纤维后制备的添加石墨烯的防腐耐磨涂层性能得到明显提高。本发明实施例3采用改性纳米碳化硅性能大幅提升，其原因可能是纳米碳化硅改性后提高了分散性能，有助于减少涂膜的孔隙率，提高了涂层和金属界面的结合力，耐腐蚀性能明显提高。

Claims (4)

1.一种添加石墨烯的防腐耐磨涂层制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
a)将聚乙烯亚胺、纳米碳化硅、水按重量比为(5-15)：(1-3)：(150-250)混合，以转速为300-500转/分搅拌1-3小时，超声，离心，干燥，得到改性纳米碳化硅；
b)将45-55重量份水性聚氨酯乳液、25-35重量份水性丙烯酸树脂、15-25重量份水以转速为400-600转/分搅拌5-15分钟混合均匀，得到乳液；
c)将1-3重量份海泡石纤维、1-5重量份增稠剂、3-9重量份分散剂、2-6重量份乙醇、1.5-2.5重量份三硬脂酸甘油酯、1-3重量份二硫化钼、1-3重量份改性纳米碳化硅、1-3重量份石墨烯、0.2-0.7重量份抗腐蚀剂加入步骤b制备的乳液中以转速为400-600转/分搅拌10-30分钟混合均匀，即得；
所述增稠剂为膨润土；
所述抗腐蚀剂由钛酸铝、三聚磷酸铝按质量比为1：(2-4)组成；
所述分散剂为聚磷酸铵。
2.根据权利要求1所述一种添加石墨烯的防腐耐磨涂层制备方法，其特征在于：所述超声的超声波功率为150-350W，超声波频率为30-50kHz，超声时间为25-35分钟。
3.根据权利要求1所述一种添加石墨烯的防腐耐磨涂层制备方法，其特征在于：所述离心的转速为4000-6000转/分，离心时间为15-25分钟。
4.根据权利要求1所述一种添加石墨烯的防腐耐磨涂层制备方法，其特征在于：所述干燥为在温度为在75-85℃下真空干燥5-15小时。
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